Clever kombiniert

Entsprechend dem Sicherheitsventil besteht die Aufgabe einer Berstscheibe darin, bei einem definierten Druck zu öffnen und damit unzulässigen Über- oder Unterdruck im Prozess zu verringern. Der Nachteil ist, dass die Berstscheibe nach dem Ansprechen ausgetauscht werden muss. Sicherheitsventile dagegen schließen nach dem Entlasten des unzulässigen Drucks umgehend und die Produktion kann, je nach Anwendung, ohne Verzögerung fortgesetzt werden. Hier schlagen jedoch die hohen Kosten für die Anschaffung, die regelmäßige Wartung sowie gegebenenfalls die aufgrund hoher Hygieneanforderungen teuren Werkstoffe negativ zu Buche.

Gefragt ist also eine Lösung, die den Einsatz von günstigeren Ventilen aus preiswerteren Materialien ermöglicht. Die von Rembe speziell für die Kombination mit Sicherheitsventilen entwickelte, hygienegerechte Berstscheibe KUB clean erfüllt diese Anforderung. Sie erlaubt die Nutzung aller Vorteile eines Sicherheitsventils und gleicht dabei Nachteile wie hohe Kosten für Beschaffung und Instandhaltung aus. Darüber hinaus eignet sich die Berstscheibe für weite Bereiche in der Lebensmittelproduktion. Dank ihrer Konstruktionsweise kann sie direkt in Tri-Clamp-Flansche installiert werden. Die notwendige Dichtung (EPDM, PTFA etc.) ist in der Berstscheibe integriert, kann aber trotzdem jederzeit ausgetauscht werden. Die eingesetzten Werkstoffe verhindern Anbackungen und sorgen für höchstmögliche Hygiene. Die Dichtungen sind FDA- und USP-konform.

Die KUB clean erlaubt ein Arbeitsdruckverhältnis (Verhältnis zwischen Arbeitsdruck der Anlage und dem minimalen Druck, bei dem die Berstscheibe anspricht) von bis zu 98 % – je nach Prozess und Anwendung, optional auch eine Rückdruckbeständigkeit von 135 %. Mit ihren patentierten Knickstäben und dem speziellen Herstellverfahren ist die Berstscheibe äußerst robust und kann auch nach einem Ausbau, einer Reinigung oder Inspektion wieder verwendet werden. Die dem Prozess zugewandte, glatte Metalloberfläche zeigt keine Kavitäten und erlaubt den Einsatz in sterilen und aseptischen Prozessen.

Jeder betroffene Betreiber kennt das Problem: Manche Sicherheitseinrichtungen werden durch klebrige oder zähflüssige Medien in ihrer Funktion und Zuverlässigkeit mehr oder weniger stark beeinträchtigt. Das gilt auch für Sicherheitventile. Ist der Ventilsitz verklebt, kann der definierte Ansprechdruck nicht mehr garantiert werden. Dieses Risiko besteht bereits vor dem ersten Ansprechen des Ventils – weshalb Reinigungen und Inspektionen in kurzen Abständen notwendig sind, um im Ernstfall das Ansprechen des Ventils bei vorgesehenem Druck zu gewährleisten. Ist eine Berstscheibe vorgeschaltet, verhindert sie Anbackungen und Verklebungen. Am Beispiel der KUB clean verhindert die glatte, dem Prozess zugewandte Metalloberfläche jegliches Anhaften. Die Knickstäbe (Sollbruchstellen der Berstscheibe, die den Berstdruck definieren) sind ebenso vor dem Prozessmedium geschützt. Die Beibehaltung des Berst-/Ansprechdrucks ist sichergestellt, der vorhandene Totraum wird gleichzeitig reduziert. Auch bei Medien mit Feststoffanteilen verhindert die vorgeschaltete Berstscheibe ein Verkeilen von Partikeln im Ventilsitz. Somit werden Wartungsintervalle und Reinigungszyklen des Sicherheitsventils verlängert, notwendige Reinigungen sind einfacher durchzuführen.

Sollte doch eine Wartung notwendig sein, ist diese wesentlich bequemer und ressourcenschonender: In-situ-Tests sind eine kostensparende Möglichkeit, um die Funktionsfähigkeit der Ventile zu überprüfen. Ist der Ventilsitz noch ausreichend dicht? Spricht das Ventil beim einst definierten Ansprechdruck an? Diese Problemstellungen lassen sich in situ am besten überprüfen.

Beim in-situ-Test wird der Raum zwischen Berstscheibe und Ventil bis zum Ansprechen des Ventils mit Druck beaufschlagt. So kann das Ventil ohne Ausbau und dem damit verbundenen Aufwand, nicht zuletzt auch dem dafür notwendigen Stillstand der Produktion, auf Funktionalität geprüft werden. Berstscheiben, die speziell für diese Kombination entwickelt sind, weisen deshalb eine besonders hohe Rückdruckbelastbarkeit auf.

Sollte dennoch ein Ausbau des Sicherheitsventils zur Wartung und Inspektion gewünscht sein, kann die Berstscheibe bei Montage in einer separaten Tri-Clamp-Verbindung als Verschluss der Öffnung in ihrer Einbaustelle verbleiben. Eine potenzielle Kontamination des Produkts wird damit vermieden.

Die Kombination aus Berstscheibe und Sicherheitsventil wird in einigen gängigen Normen, z. B. in der DIN EN ISO 4126-3 oder in den AD2000-Merkblättern A1 und A2 behandelt. Um eine Beeinträchtigung der Funktion des Sicherheitsventils durch die Berstscheibe zu verhindern, empfiehlt sich der Einsatz fragmentationsfreier Berstscheiben. Diese stoßen beim Bersten keine Fragmente ab, die die Funktionsfähigkeit des Sicherheitsventils beeinträchtigen könnten. Bei fragmentierenden Berstsicherungen sind Fangkörbe vorzusehen oder schon bei der Konstruktion spezielle Maßnahmen zu ergreifen.

Außerdem sollte der Abstand zwischen Berstsicherung und Sicherheitsventil möglichst kurz sein, um den Druckverlust durch eine mögliche Rohrleitung so gering wie möglich zu halten, aber dennoch groß genug, um ein sicheres und zuverlässiges Öffnen der Bersteinrichtung zu gewährleisten. Der Gesamtdruckverlust bis zum Eintritt des Sicherheitsventils muss, inklusive der Berstscheibe, bei 3 % des Ansprechdrucks des Sicherheitsventils liegen. Einflussparameter auf den Druckverlust sind der Durchmesser und die Länge der Eintrittsrohrleitung, der Reibungsverlust der Eintrittsrohrleitung sowie weitere relevante Komponenten wie Rohrbögen oder Reduzierstücke.

Zur Berücksichtigung des Druckverlusts gibt es verschiedene Möglichkeiten. Nach AD2000-Merkblatt A1 ist „der Druckverlust auf Teile des Berstelements, die nach dem Ansprechen in der Einspannvorrichtung verbleiben, …“ berücksichtigt, wenn der Querschnitt der Einspannvorrichtung folgender Bedingung entspricht und das Berstelement direkt vor dem SV montiert ist:

Ageom · α 1,5 · A0 · αw

Dabei ist Ageom der geometrische Querschnitt des Berstelements (Querschnittsverengung, z. B. durch Schneidvorrichtungen oder nicht zerstörbare Vakuumstützen, ist berücksichtigt, Verunreinigungen, z. B. durch Teile des Berstelements, nicht), α die Ausflussziffer der Berstscheibe, A0 der engste Strömungsquerschnitt des Sicherheitsventils und αw die Ausflussziffer des Ventils (AD2000-Merkblatt A1, Absatz 5.4.2.2). Alternativ dazu gibt es auch die Möglichkeit, für die Kombination aus Berstscheibe und Sicherheitsventil eine einzige Ausflussziffer mittels Versuch zu bestimmen (siehe AD2000-Merkblatt A1, Absatz 5.4.2.3).

Bei der Kombination aus Berstscheibe und Sicherheitsventil ist es des Weiteren notwendig, eine besondere Einrichtung (z. B. freier Abzug, Alarmmanometer, Entspannungsventileinheit, o. Ä.) vorzusehen, die eine Druckänderung im Zwischenraum zwischen Berstscheibe und Sicherheitsventil erkennt. Ein möglicher Gegendruck im Zwischenraum beeinflusst den Ansprechdruck der Berstsicherung bzw. des Sicherheitsventils und damit die zuverlässige Funktion der Druckentlastungseinrichtung. Eine probate Lösung stellt eine Entspannungsventileinheit mit angeschlossenem Druckschalter dar. Die Entspannungsventileinheit verhindert einen unzulässigen Druckaufbau im Zwischenraum. Beim Ansprechen der Berstscheibe schließt das Entspannungsventil und der Druckschalter signalisiert den Vorgang. Neben der Anordnung Berstscheibe vor Sicherheitsventil können beide Druckentlastungseinrichtungen auch parallel angebracht werden. Das Ventil sichert dann die üblichen Betriebsdrücke ab, die Berstscheibe spricht nur an, wenn das Ventil versagt oder die Durchsatzleitung nicht ausreicht, um das Produkt/den Druck abzuführen.

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Team Leader Technical Sales,Rembe